麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2021年第6期

• 追忆国际卓越小麦育种家拉贾拉姆

  邢清清,王馨,HansJoachimBraun,MartenvanGinkel,何中虎

  拉贾拉姆博士从事小麦育种研究50多年，在布劳格博士创立的国际小麦育种的基础上，实现了CIMMYT小麦育种全球化，主要贡献包括四个方面：（1）大规模开展冬春杂交，在产量、抗性和适应性等方面取得了重大进展；（2）将慢锈性理念系统融入小麦育种项目，成功培育并在全世界推广高产慢病性品种；（3）耐酸性土壤和耐旱育种方面取得了显著进展；（4）先后育成481个高产抗病优质小麦新品种，在51个发展中国家年推广种植6 000万hm；他还为发展中国家和CIMMIT、ICARDA等国际组织的人才培养做出了杰出 贡献。

• 小麦 TaP5CS基因抗旱相关分子标记的开发

  于铭，魏凡，常鹏举，杨智全，武军，陈东升，张晓科

  脯氨酸是小麦抵御干旱胁迫的重要调节物质，吡咯啉-5-羧酸合成酶（Pyrrpline-5-carboxylatesynthetase,P5CS）是干旱条件下脯氨酸合成的关键酶。为了提高小麦抗旱品种的选育效率，本研究选用国内119个小麦品种（系），鉴定其萌发期抗旱性；并从中选取10个抗旱性不同的小麦品种，分析响应干旱的叶片脯氨酸积累量与其抗旱性的关系；通过两组极端抗旱品种间 TaP5CS基因序列比对和随机群体验证，开发该基因抗旱相关分子标记。结果表明，119个小麦品种（系）的抗旱等级不同，部分品种间相对发芽率的差异达到极显著水平，响应干旱的叶片脯氨酸积累量与抗旱性呈正相关。 TaP5CS-1A基因在两组极端品种间基因组序列存在2个单核苷酸变异（SNP）位点，扩增第5内含子上涵盖SNP位点的1 894 bp序列，其中2个强抗旱性品种在此SNP位点不能被PflmⅠ酶切，命名为 TaP5CS-1A-a等位变异；2个弱抗旱性品种在此SNP位点被酶切为 1 706 bp和188 bp的条带，命名为 TaP5CS-1A-b等位变异，以此开发分子标记 TaP5CS-1A-CAPS。利用此标记检测119个小麦品种（系），采用普通PCR和半巢式PCR的方法分别进行扩增和相同酶切，结果完全一致：携带 TaP5CS-1A-a和 TaP5CS-1A-b等位变异类型的品种分别有61和58个，平均相对发芽率分别为 60.7%和44.6%，前者极显著高于后者（P<0.01），说明 TaP5CS-1A基因与小麦抗旱性相关，开发该基因分子标记TaP5CS-1A-CAPS可以用于小麦抗旱性的筛选与鉴定。

• 利用基因芯片分析西南麦区主栽小麦品种川麦104的遗传构成

  李式昭，王琴，郑建敏，朱华忠，李俊，万洪深，罗江陶，刘泽厚，伍玲

  川麦104是西南麦区近年来选育的主栽小麦品种，为研究其高产、抗病遗传特性，利用3种小麦基因芯片（660K SNP、50K SNP和35K SNP）对川麦104及其双亲川麦42、川农16进行分析，探究川麦104的遗传构成。结果表明，在能定位于小麦不同染色体的SNP中，川麦104中与双亲相同的共有等位变异位点数目远多于其他类型位点，分别占定位位点总数的75.90%、74.21%和81.08%。川麦104中来源于双亲的SNP位点在染色体A、B和D基因组中分布不均匀；3种基因芯片扫描结果显示，在D基因组中来源于川麦42的遗传位点数均多于川农16。从21条染色体分布来看，川麦104中来源于川麦42的等位位点在7A、1B、2B、5B、1D和5D染色体上分布较多（遗传贡献率≥70%），其中在7A染色体上遗传贡献率超过90%；来源于川农16的等位位点在6A、3B和4B染色体上分布较多（遗传贡献率≥70%），其中在6A和4B染色体上遗传贡献率超过90%。功能基因分型结果表明，川麦104中绝大多数的优良等位基因均同时继承于双亲川麦42和川农16，在少部分重要性状上，川麦104还分别继承了双亲中的优良等位基因。这些优良基因正是川麦104在产量、抗性等各方面表现优良的分子基础。

• 内麦系列小麦品种（系）的染色体结构变异分析

  关淑仙，黄辉跃，汪仁全，王相权，王仕林，荣飞雪，杨杰智，钟光跃，周海燕，陈新媛，李明，黄书盈

  为明确内麦系列小麦品种（系）的染色体结构特点，利用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH)技术和pTa535、pSc119.2探针对21份内麦系列小麦材料的染色体进行分析。结果显示，5份材料含1RS/1BL易位染色体；探针除3A、7A、2B、3B、4B、2D和4D外的其他染色体在21份材料间存在结构差异；共鉴定出49种染色体多态类型，其中数量最多的是A基因组(22)，其次是B基因组(14)和D基因组(13)；在5B、6B、3D和7D染色体的同源染色体间存在不对称核型；根据A、B和D基因组的FISH核型，把21份材料分为16类。通过FISH信号模式，发现所有材料在染色体水平上都有变异。多数材料的染色体类型一致，推测这些材料的遗传背景一致或者相似。

• 野生二粒小麦NBS-LRR类抗病基因家族的鉴定及其表达分析

  李爽，高英，杨光，聂小军，宋卫宁

  野生二粒小麦（Triticum dicoccoides L,2n=4x=28,AABB）是普通小麦遗传改良的重要种质和基因库。抗病基因（resistance gene，r基因）是植物体内广泛存在的抗性基因，通常具有NBS(nucleotide-binding site)和LRR(leucine-rich-repeat)结构域,属于NBS-LRR家族，在植物抗病和免疫过程中具有重要作用。为挖掘和利用野生二粒小麦基因组中的r基因，基于最新发布的野生二粒小麦参考基因组数据，利用生物信息分析手段，在全基因组水平上对其NBS-LRR类r基因家族进行鉴定。结果共鉴定到429个可信度较高的NBS-LRR类r基因，其中N亚家族66个，CNL亚家族205个，NL亚家族76个，CN亚家族79个，PN亚家族3个；进一步对NL亚家族r基因进行分析，发现76个NL亚家族基因在所有染色体上均有分布，并且以成簇方式存在，包含20个保守域，且在N端高度保守；表达模式分析发现，它们在花、叶片和根中的表达量较高；最后，随机选择4个NL类r基因，发现在白粉菌诱导后均上调表达。本研究为进一步挖掘和利用野生二粒小麦NBS-LRR类抗病基因奠定了基础。

• 305份国内外小麦种质条锈病与白粉病抗性鉴定与评价

  王鑫，宋鹏博，王笑笑，杨孟于，周锋，吕栋云，孙道杰

  为获得抗病小麦种质以促进其在育种上的应用，利用与抗条锈病基因和抗白粉病基因紧密连锁或共分离的分子标记对国内外的305份小麦种质进行检测。结果显示，携带 Yr10、 Yr15、 Yr18、 Yr26、 Yr46、 Pm8、 Pm21和 Pm34基因的材料分别为5、10、23、0、4、100、1、95份，占比依次为1.63%、3.28%、7.54%、0、 1.31%、32.79%、0.33%、31.15%。携带上述抗性基因且表现出中抗水平以上的材料分别依次有2、3、7、0、3、59、1、62个，还有部分表现抗病的种质未检测到以上8个基因，其抗性可能由其他基因控制。本研究中没有一个种质材料同时携带两个多效抗病基因 Yr18和 Yr46，但 Yr18和 Yr46分别通过与 Yr10、 Pm8和 Pm34等抗病基因的组合，极大提高了品种的综合抗病能力，如CA0548( Yr18+ Yr10）、川麦42（ Yr46+ Pm34）、Fr03717（ Yr18+ Pm34）、鄂恩5号（ Yr46+ Pm8），以上材料对条锈病和白粉病均具备中抗以上的抗性。因此，以后要充分发挥多效抗性基因的优势并培育兼抗性小麦品种。

• wx基因缺失遗传效应在强筋小麦育种中的利用

  杨雪峰，宋维富，赵丽娟，刘东军，宋庆杰，张春利，辛文利，肖志敏，张宝辉，王晓楠

  wx基因缺失效应是小麦淀粉特性改良的遗传基础，可用于强筋小麦淀粉特性改良。本文对wx基因缺失效应在强筋小麦品质改良中的利用进行了探讨，为面包面条兼用型强筋小麦育种提供理论依据。

• 小麦种质资源萌发吸胀期耐湿性评价及筛选

  郑文寅，黄园园，胡泽林，周贺杰，汪辉，张梦祺

  为明确小麦种子萌发吸胀期的湿害效应和筛选小麦种子萌发吸胀期耐湿种质，对159份小麦种质资源在萌发吸胀期进行 1 d、3 d、5 d和7 d渍水处理，测定了种子浸泡液相对电导率、相对成苗率、相对种子活力指数等指标，并在筛选吸胀期耐湿性鉴定评价的适宜处理时间的基础上，应用主成分分析、动态聚类分析和隶属函数法综合评价了159份小麦品种的吸胀期耐湿性。结果表明， 5 d 是比较适宜进行耐湿性评价的渍水处理时间；通过主成分分分析，筛选出3个对耐湿性贡献较大的主成分，它们的累计贡献率达92.24%；对159个小麦种质的耐湿性进行动态聚类分析和隶数函数法综合评价，将其分为高耐湿、中度耐湿、不耐湿等3类。其中，周麦27等42份种质为高耐湿材料，涡麦66等53份种质为不耐湿材料。

• 施氮量对高产小麦光合特性、干物质积累分配与产量的影响

  史辛凯，于振文，赵俊晔，石玉，王西芝

  为明确山东省高产麦区高产节肥高效的施氮量，以高产小麦品种济麦22和烟农1212为材料，在大田试验测墒补灌条件下，设置0（N0）、180（N1）、210（N2）、240 kg·hm-2（N3）四个施氮量水平，研究施氮量对小麦旗叶光合特性、干物质积累分配和籽粒产量的影响。结果表明，适量施氮可显著提高灌浆中后期旗叶的叶绿素相对含量、净光合速率、蒸腾效率和气孔导度，增加拔节期至成熟期小麦的干物质积累量，提高干物质在籽粒中的分配量及其对籽粒产量的贡献率；与不施氮肥处理相比，施氮180～240 kg·hm-2时，济麦22增产10.1%～28.2%，烟农1212增产27.1%～42.8%。在同一施氮处理下，开花期至成熟期，烟农1212的干物质积累量比济麦22高12.77%～19.92%；花后14～28 d，烟农1212的旗叶净光合速率比济麦22高 8.61%～24.11%；灌浆期间，烟农1212花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量比济麦22高6.10%～ 11.68%，花后光合同化物积累量比济麦22高12.63%～22.00%，籽粒产量增加12.73%～19.46%。说明适量施氮有利于灌浆中后期小麦旗叶保持较高的光合性能，促进花后光合同化物的积累和向籽粒的分配，发挥品种的高产潜力。当施氮量为210 kg·hm-2时，济麦22和烟农1212的籽粒产量、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均最高，是该试验条件下的最优施氮量。

• 腐植酸对干旱胁迫下燕麦叶片碳同化酶活性及产量的影响

  朱珊珊,米俊珍,赵宝平,孙梦媛,李英浩,刘景辉

  为明确腐植酸对干旱胁迫下燕麦叶片碳同化酶活性和产量的影响，以燕麦品种燕科2号为试验材料，采用盆栽方式，分别在正常供水（田间最大持水量75%）、中度和重度干旱胁迫（分别为田间最大持水量45%和30%）3个水分条件下喷施腐植酸（HA）和等量清水（CK），分析了不同处理下燕麦叶片中碳同化酶活性、干物质积累量和籽粒产量。结果表明，干旱胁迫导致燕麦叶片中核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPD)活性显著降低，地上部干物质积累量和产量下降，乙醇酸氧化酶（GO）活性显著增加，以田间最大持水量为30%处理的变化更为明显。干旱胁迫下，喷施腐植酸能显著提高燕麦叶片中Rubisco、PEPC和GAPD活性，降低GO活性，显著增加燕麦的千粒重、穗粒重和产量，在田间最大持水量为30%时效果最优，其中喷施腐植酸处理的Rubisco、PEPC和GAPD活性较CK分别提高19.17%～34.41%、21.43%～38.24%、19.85%～39.59%，GO活性较CK降低13.64%～ 18.39%，地上部干物质积累量和产量较CK分别增加2.09%～16.56%和8.46%～10.26%。综上所述，干旱胁迫条件下，喷施腐植酸可增强燕麦叶片的光合碳同化酶活性，促进干物质积累，增加籽粒产量。

• 减少灌水次数对河北冬性强筋小麦产量和品质的影响

  郭振清，刘添，张敏，徐东娜，安浩军，姚红英，李清瑶，蔡瑞国

  为明确不同生态环境下减少灌水次数对冬性强筋小麦产量和品质的影响，以冬性强筋小麦品种农优3号和中麦998为材料，分别在冀中北生态区的徐水区和冀东生态区的昌黎县进行大田试验，设3个灌水次数处理（CK：越冬水＋拔节水＋开花水；W2：越冬水＋拔节水；W1：越冬水），研究了不同灌水次数对冬性强筋小麦叶面积系数、干物质积累、籽粒产量和品质的影响。结果表明，随灌水次数减少，两个供试小麦品种孕穗期叶面积系数呈下降趋势，W1处理显著低于其他处理；减少灌水次数导致2个冬性强筋小麦地上部的干物质积累量显著降低，而对收获指数的影响因品种而异，其中农优3号收获指数呈上升趋势，而中麦998以W2处理最大。减少灌水次数使冬性强筋小麦有效穗数、穗粒数和千粒重显著降低，导致产量显著降低。灌水次数减少造成冬性强筋小麦籽粒容重和蛋白质含量提高，稳定时间延长，但湿面筋含量和沉降值下降。本研究条件下，徐水点农优3号的产量较高，而昌黎点中麦998的产量较高；相同灌水处理下，同一品种在昌黎点的品质指标优于徐水试验点。综上，在河北冬性强筋小麦种植区可以选用灌越冬水和拔节水协调其籽粒产量和品质。

• 返青期断根对秸秆覆盖冬小麦产量及叶片光合特性的影响

  封涌涛，路国艳，胡昌录，孙玉梅

  为了解返青期断根对黄土高原旱地保护性耕作下小麦产量形成及水分利用的调控作用，在陕西长武县开展旱地秸秆覆盖条件下冬小麦返青期断根试验，分析了返青期断根对冬小麦籽粒产量、地上部生物量、收获指数、产量构成三要素、拔节期群体数量、生育期耗水量、水分利用效率、花后旗叶光合特性及衰老特性的影响。结果表明，返青期断根对冬小麦地上部生物量、穗数、粒重和生育期耗水量没有显著影响。与CK（不断根）相比，返青期断根后冬小麦拔节期总茎数减少了11.9%，开花期叶面积指数、花后旗叶叶绿素含量、光合速率和蒸腾速率提高，分蘖成穗率、穗粒数、籽粒产量、收获指数和水分利用效率分别增加了14.1%、 10.5%、8.2%、10.4%、17.5%和20.4%。这说明返青期断根可促进秸秆覆盖条件下冬小麦分蘖成穗，增加花后旗叶光合作用，改善穗部结实特性，提高籽粒产量和水分高效利用。

• 不同覆盖栽培方式对冬小麦干物质分配与转运的影响

  杨佳佳，程宏波，柴守玺，张博，李瑞

  为了解不同覆盖栽培方式对冬小麦干物质分配与转运的影响，以西北旱地生态生产条件为背景，分析了秸秆带状覆盖（SM）、地膜覆盖（PM）及露地（CK）三种覆盖栽培方式下冬小麦干物质分配与转运的差异，其中秸秆带状覆盖设置了59%（SM3）、50%（SM4）、42%（SM5）、37%（SM6）共4个秸秆覆盖度。结果表明，随小麦生育期推移，植株干物质量逐渐增加；与CK相比，覆盖栽培促进了花后营养器官中干物质的分配与转运，显著提高了花前干物质对籽粒产量的贡献率，PM的增幅大于SM，说明地膜覆盖较秸秆带状覆盖更利于促进花前干物质向籽粒的转运。

• 基于Sentinel-2多光谱数据和机器学习算法的冬小麦LAI遥感估算

  史博太，常庆瑞，崔小涛，蒋丹垚，陈晓凯，王玉娜，黄勇

  为了丰富大田尺度下冬小麦叶面积指数的遥感估算方法并提高估算精度，以关中地区冬小麦为对象，基于Sentinel-2多光谱卫星数据与地面同步观测的冬小麦叶面积指数样点数据，应用偏最小二乘回归（PLSR）、反向传播神经网络（BPNN）和随机森林（RF）法构建冬小麦叶面积指数估算模型，进行区域冬小麦叶面积指数遥感反演。结果表明，Sentinel-2多光谱卫星影像中心842 nm近红外B8波段与冬小麦叶面积指数相关性最好，样本总体相关系数为0.778；植被指数中反向差值植被指数（IDVI）与冬小麦叶面积指数相关性最好，样本总体相关系数为0.776。各种估算模型中LAI-RF模型预测效果最佳，r为0.72，RMSE为0.53，RE为16.83%。基于LAI-RF估算模型，应用Sentinel-2多光谱卫星数据较好地反演了研究区冬小麦叶面积指数区域分布，其结果总体上与地面真实情况接近，说明以Sentinel-2卫星影像数据建立LAI-RF估算模型，可应用于区域冬小麦LAI反演制图。

• 未来气候变暖情景下北部冬麦区冬小麦生育期演变趋势预测分析

  马倩倩

  为了预测未来气候变暖条件下北部冬麦区冬小麦生育期变化趋势，基于农业气象观测站数据和区域气候模拟系统PRECIS产生的RCP4.5气候情景数据，采用活动积温法、累计热生长单位法和生长速率估测法分别对我国北部冬麦区三个代表站点（霸州、介休和西峰镇）冬小麦拔节、抽穗和成熟期进行拟合分析，选用拟合精度较高的模型模拟冬小麦生育期，分析未来研究区冬小麦各生育时期和生育阶段的演变特征。结果表明：（1）生长速率估测法对冬小麦拔节和抽穗期的模拟结果较好，活动积温法对成熟期的模拟较精确。（2）冬前生育时期推迟，冬后则均呈提前趋势。2031-2090年，播种、越冬开始、返青、拔节、抽穗和成熟期的变化趋势分别为1.8、1.7、-2.4、-1.2、-1.0、-1.2 d·10 a-1，均达到极显著水平（P<0.01）。但2061-2090年生育时期的变化较2031-2060年减缓，且未来冬前生育时期较基准期（1976-2005年）的变化幅度比冬后大。除了越冬开始，麦区西部的西峰镇冬小麦各生育时期变化趋势的绝对值均最大，东部的霸州均最小。（3）越冬期和播种-成熟阶段缩短，返青-拔节阶段延长，其他阶段变化均不显著。播种-成熟阶段天数的变化主要是由于越冬期的缩短。

• 未来气候变化情景下基于APSIM模型的黄土高原冬小麦适宜种植区域模拟

  孙昊蔚，马靖涵，王力

  为探究气候变化对于黄土高原冬小麦适宜种植区域的影响，通过APSIM作物模型与降尺度气象数据集的耦合，模拟了RCP 4.5和RCP 8.5情景下2020-2060、2061-2100年间黄土高原冬小麦的产量及其稳定性，并依据产量及其稳定性分析了黄土高原冬小麦适宜种植范围对于气候变化的响应。结果表明，在RCP 4.5和RCP 8.5情景下，当前黄土高原冬小麦种植范围内产量将显著提高。同时，除RCP 4.5情景的2020-2060年外，其余情景和时间段内黄土高原冬小麦适宜种植范围存在向北扩大趋势，且RCP 8.5情景下种植区域北扩的面积更大。在RCP 4.5情景下，2020-2060年间，小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的46.8%，较1981-2010年平均值减少13 095 km；2061-2100年间，小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的65.2%，较1981-2010年平均值增加101 763 km。在RCP 8.5情景下，2020-2060年间，小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的56.4%，较1981-2010年平均值增加46 968 km；2061-2100年间，小麦适宜种植面积占黄土高原总面积的65.7%，较1981-2010年平均值增加107 671 km。